JP2540206B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、最終位置で弁棒を押圧する電機子に磁力
が加わる永久磁石と、弁を駆動する電磁石とを備え、加
圧下にある導管を遮断する電磁弁に関する。

〔従来の技術〕

このような電磁弁はドイツ特許第27 39 085号明細書
により既に周知である。この電磁弁では、別個の永久磁
石が存在しなくて、電磁石に付属する磁石電機子が電磁
石のコイルに電流を流した時、磁化される必要がある。
この弁は閉位置で板バネの力のみで保持されている。そ
れ故、電磁石のコイルに電流を流した場合、磁石電機子
の磁化で生じる力だけが、空隙を通過して板バネの力に
逆らって電機子板を引きつける必要がある。磁力を飽和
磁化まで高めることが可能であるので、この構造は必要
な弁のストロークに応じて大きな寸法と重量および大き
な製造コストを必要とする。更に、板バネの力と磁力は
必ず各最終位置でのみ作用する、つまりただ双安定であ
り、単安定配置は不可能である。

更に、この明細書の請求の範囲第１項の前段に相当す
る電磁弁は、ドイツ実用新案登録第86 19 497号明細書
により既に周知である。その場合、永久磁石が電源を入
れた電磁力と共に弁をコイルバネの遮断力に逆らって開
放する。この永久磁石には、弁を開くために作用するバ
ネ力を蓄える可能性がない。永久磁石と電磁石のコイル
の寸法をかなり大きく設計する必要がある。何故なら、
弁を開放するには再びバネ力に逆らい、空隙を介して行
われる必要があるからである。

〔発明の課題〕

この発明の課題は、電機子と電磁石に対して利用でき
る断面がただ小さなものしか必要でなく、弁を開く電磁
力が少なく、しかも単安定機能や双安定機能を可能にす
る冒頭に述べた種類の電磁弁を提供することにある。

〔課題を解決する手段〕

上記の課題は、弁１を操作する電磁石９と磁力線が電
機子12の少なくとも一つの端面を軸方向に、そして磁性
ケースカバー３を半径方向に通過する永久磁石４とを備
え、弁１が閉じた位置で、永久磁石４の磁力25がバネ力
26,27より大きくなるように蓄えてあり、前記バネ力が
磁力とは逆向きに幾分弱い力で弁棒11に作用し、弁を操
作するため、バネ力26,27が有効になるように、作動可
能な電磁石９の磁力25が低下し、加圧下にある導管を遮
断する電磁弁1,50において、永久磁石４が電機子と同心
状に、しかも電磁石９の磁気回路21の中に配置され、永
久磁石４の磁力25が弁１の両方の最終位置で電機子12の
その時の端面に作用し、弁１の両方の最終位置での磁力
25がそれぞれバネ力26,27,28として永久磁石４の力に逆
らって働き、蓄えられ、弁を切り換えるため、電磁石９
の磁気回路21の力が永久磁石４の磁力25をその都度弁の
二つの最終位置で作用するバネ力26,27,28以下になるま
で減少させ（双安定である）、開位置に相当する最終位
置で永久磁石４の力25より大きいバネ力27a,27,28の場
合、電磁石９が動作と止めた後、弁1,50が自動的に他の
最終位置に切り換わる単安定である）ことによって解決
されている。

この発明の他の有利な構成は特許請求の範囲の従属請
求項に記載されている。

〔実施例〕

図面に実施例を模式的に示し、この発明をより詳しく
説明する。

第１図は、ケース２と固定組込部材を有するケースカ
バー３とを備えた電磁弁１を示す。前記固定組込部材は
軸方向に磁化されたリング状の永久磁石4,磁性円板5,磁
性リング6,二つの非磁性案内スリーブ７と８および電磁
コイル９である。ケース２とケースカバー３に組み込ま
れた残りの可動部材は、電磁弁１の機能をより良く理解
するため、異なる二つの位置にして示してある。中心線
から左の図は閉じた弁を、また右の図は開いた弁を示
す。上記の可動部材は、弁皿部11aを有する弁棒11,電機
子12,スリーブ13,皿バネ14、コイルバネ15,調節ネジ16
およびセットリング17である。弁皿部11aは液体導管18
の弁座に作用を及ぼす。

磁石４の力線20は反時計方向にＮ極からＳ極に向けて
永久磁石4,ケース2,電機子12および円板５を通過する。
この場合、実際には電機子12とケース２の間の空隙が零
で全磁力が電機子に作用する。大部分の磁力はスリーブ
13を介して皿バネ14に蓄えられる。コイルバネ15は弁棒
11に、例えば弁座の封止力として一定の補助力を与える
働きをする。弁棒11は電機子12中で移動可能に支承され
ている。弁皿部11aを弁座18から持ち上げるため、つま
り電磁弁１を開くため、コイル９に電流を流す。その結
果、ケースカバー3,電機子12およびケース２を経由して
永久磁石４の磁力20の方向に反作用する磁束線21が生じ
る。こうして、空隙零で磁力20が低下し、電機子12に反
作用する電磁力が生じる。この場合、非磁性スリーブ７
と８はコイル９と永久磁石４のバイパス磁束流を阻止す
る。電機子の空隙が零で磁力を低下させ、皿バネ14に蓄
えたバネ力を解放するためには、コイル９の磁束密度が
少なくても充分である。

電機子の上下移動に応じて弁棒11に生じる力の変化を
第２図のグラフに示す。この場合、横軸ｘは電機子の上
方移動量を、また縦軸ｙは力を表す。実線25は磁石４の
磁力を表し、この磁力は電機子の上方移動量の増加と共
に電磁反力が強くなるため連続的に低下する。二つの破
線はバネ力を示し、短い曲線部分26はコイルバネ15に蓄
えられた補助力を意味し、曲線27は単安定性バネの時の
皿バネ14のバネ力を、また曲線28は双安定性バネの時の
皿バネ14のバネ力を意味する。磁力25が力26と27の和の
値まで低下すると、電機子は上向きに移動し、弁皿部11
aは弁座18から持ち上がる。この場合、電機子の上方移
動量は調節リング16とスリーブ13の間の隙間に一致する
ｘ軸の部分29を通過する。その後、バネ力27は単独で弁
の開放を支援し、コイル９の磁界が更に上昇すると、磁
力25を低減させる。磁力25が零まで低下すると、全ての
バネ力27は弁棒11に対して弁皿部11aを弁座18から持ち
上げる駆動力として働く。この場合、磁束は第１図の右
部分の破線のように流れる。零点を通過すると、力は急
激に反対向きになり、弁が完全に開き、電機子12をケー
スカバー３に密接させる。こうして、駆動時間が短くな
り、電機子の切換衝撃が著しく低減される。

弁棒11の全開位置でバネ14の力を永久磁石４の力より
強く設定し、バネの力が曲線27aのように推移すると、
コイル９の電流を遮断した後には、電機子12は弁棒11と
共に初期位置に戻る。つまり、この装置は単安定性であ
る。しかし、バネ14の力がバネの力曲線28に一致してい
るなら、電機子12は第１図の左側に相当する最終位置を
占めるので、この装置は双安定性である。

電機子12と弁棒11の間の軸方向の遊びを調節するに
は、この弁棒11の端部のネジ山に螺合された調節リング
17を介して行われる。単安定性および双安定性の機能に
対するバネ力も、同じように弁棒11のネジ山に螺合され
た調節リング16で調節される。バネ14が双安定性の機能
をする場合、電機子12を弁棒11と共に初期位置に移動さ
せるには、コイル９の電流を逆転させるか、あるいは図
示していない装置で、逆向きに磁化させる他のコイルを
励磁しても行える。

第３図は、他の実施例として、第１図の場合のよう
に、中心線の左が閉じた弁50を表し、中心線の右が開い
た弁を表す電磁弁50を示す。第１図と異なるのは、バネ
の種類と配置にある。再び皿バネ51があるが、弁50が閉
じているときバネ付勢されていない。そのため、円錐コ
イルバネ52だけにスリーブ13の上の永久磁石４の磁力20
が蓄えられている。ここで、弁棒11には相手側の弁座53
に合わせた円錐状の気密面を備えた弁皿部11bがある。
第４図に再び永久磁石４の磁力25が記入してある。破線
54はバネ52の力を表し、この力が零点を通過するときバ
ネ力を弁棒11に完全に与える。破線55は単安定性の機能
で、零位置になって初めて働くバネ51のバネ力に相当す
る。破線56は双安定性の機能のときの対応するバネ51の
バネ力を表している。

〔発明の効果〕

この発明の主要な利点は、弁棒に働くバネが電機子を
介して作用する磁石の磁力の大部分を蓄えている配置に
ある。双方向に安定であることは、この発明により、弁
の開位置で大部分の磁束が電機子を集中的に通過して、
空隙零の端面に導かれて達成されている。その場合、バ
ネ力を磁力以下にすると、弁棒の双方向最終位置に、ま
たバネの力を磁力以上にすると、単方向最終位置にな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、二つの異なる位置にして示す皿バネと直列に接
続されたコイルバネとを備えた第一実施例の電磁弁の縦
断面図。 第２図、動作上下位置に応じた第１図の電磁弁の弁棒に
作用する力のグラフ。 第３図、二つの異なる位置にして示す皿バネと円錐コイ
ルバネとを備えた第二実施例の電磁弁の縦断面図。 第４図、第３図の電磁弁に対する第２図に相当するグラ
フ。 図中引用記号： 1,50……電磁弁 ２……ケース ３……ケースカバー ４……永久磁石 ５……磁性円板 ６……磁性リング 7,8……案内スリーブ ９……電磁コイル 11……弁棒 11a……弁皿部 12……電機子 13……スリーブ 14,51……皿バネ 15……コイルバネ 16,17……調節リング 18……弁座 20……永久磁石の磁力 21……永久磁石の磁力とは逆に働く力 27,54……バネ力

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁（１）を操作する電磁石（９）と磁力線
   が電機子（12）の少なくとも一つの端面を軸方向に、そ
   して磁性ケースカバー（３）を半径方向に通過する永久
   磁石（４）とを備え、弁（１）が閉じた位置で、永久磁
   石（４）の磁力（25）がバネ力（26,27）より大きくな
   るように蓄えてあり、前記バネ力が磁力とは逆向きに幾
   分弱い力で弁棒（11）に作用し、弁を操作するため、バ
   ネ力（26,27）が有効になるように、作動可能な電磁石
   （９）の磁力（25）が低下し、加圧下にある導管を遮断
   する電磁弁（1,50）において、 永久磁石（４）が電機子と同心状に、しかも電磁石
   （９）の磁気回路（21）の中に配置され、永久磁石
   （４）の磁力（25）が弁（１）の両方の最終位置で電機
   子（12）のその時の端面に作用し、弁（１）の両方の最
   終位置での磁力（25）がそれぞれバネ力（26,27,28）と
   して永久磁石（４）の力に逆らって働き、蓄えられ、 弁を切り換えるため、電磁石（９）の磁気回路（21）の
   力が永久磁石（４）の磁力（25）をその都度弁の二つの
   最終位置で作用するバネ力（26,27,28）以下になるまで
   減少させ（双安定である）、開位置に相当する最終位置
   で永久磁石（４）の力（25）より大きいバネ力（27a,2
   7,28）の場合、電磁石（９）が動作と止めた後、弁（1,
   50）が自動的に他の最終位置に切り換わる（単安定であ
   る）ことを特徴とする電磁弁。
2. 【請求項２】磁力（25）が拘束されていない位置から両
   側で作用する皿バネ（14）に蓄えられるので、このバネ
   は、弁が閉じても開いても、磁力をその都度反作用させ
   るバネ付勢下にあることを特徴とする請求項１に記載の
   電磁弁。
3. 【請求項３】磁力（25）は弁の閉じた位置で二つのバネ
   に蓄えられ、第一のバネ（14）が一方方向にのみ付勢す
   べき第二のバネ、例えばコイルバネ（15）に直列に接続
   されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
4. 【請求項４】二つのバネが配置されていて、第一バネ、
   例えば円錐コイルバネ（52）にのみ、磁力（25）がバネ
   力（54）として蓄えられ、このバネ力は弁（50）が完全
   に開く前に既に減少し、第二のバネ、例えば皿バネ（5
   1）は第一のバネのバネ力が低下した後、弁を更に開い
   て逆向きのバネ力（55あるいは56）を受けることを特徴
   とする請求項１に記載の電磁弁。
5. 【請求項５】弁（1,50）が開くと、バネ力（28,56）は
   永久磁石（４）の磁力（25）より小さく、双安定配置で
   あることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載
   の電磁弁。
6. 【請求項６】弁（1,50）が開くと、バネ力（27a,55）は
   永久磁石（４）の磁力（25）より大きく、単安定配置で
   あることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載
   の電磁弁。
7. 【請求項７】弁（1,50）は弁棒（11）が案内リング（1
   3）中を移動可能に支承されている円筒状のケース
   （２）を有し、案内リングが弁棒にネジ山で螺合された
   調節リング（16）を介して弁棒に作用し、案内リングは
   バネ（14,15,51,52）を支承するためにも使用され、案
   内リングと調節リングの間に直接両方のバネ（15,52）
   の一方が配設され、ケース上のケースカバー（３）に、
   電機子（12），永久磁石（４），電磁石のコイル（９）
   および弁棒の端部に螺合された調節リング（17）を装備
   し、ケースカバーが同時に電磁石の鉄心として使用され
   ていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記
   載の電磁弁。